Technoleg storio gwres: gwella effeithlonrwydd defnydd cynhwysfawr o ynni gwres

Ar hyn o bryd, mewn llawer o systemau defnyddio ynni, mae gwrthddywediad rhwng diffyg cyflenwad ynni a galw, gan arwain at ddefnyddio ynni afresymol a llawer iawn o wastraff. Mae effeithlonrwydd ynni fel ynni'r haul a gwres gwastraff diwydiannol yn isel, sydd nid yn unig yn gwastraffu adnoddau, ond sydd hefyd yn achosi llygredd thermol nad yw'n ddibwys i'r amgylchedd atmosfferig.

Am y rheswm hwn, mae gwella trosi a defnyddio ynni wedi dod yn fater o bwys y mae'n rhaid i wledydd ei flaenoriaethu i weithredu strategaethau datblygu cynaliadwy, ac mae datblygu technoleg storio gwres ar gyfer defnydd cynhwysfawr ac effeithiol o ynni gwres o'r pwys mwyaf.

Adnoddau segur ar gael

Ynni solar yw'r ffynhonnell ynni sylfaenol bwysicaf ymhlith ffynonellau ynni adnewyddadwy. Mae'n" dihysbydd a dihysbydd" ac wedi'i ddosbarthu'n eang ac yn rhydd o lygredd. Mae'n egni glân yn economaidd. Gall yr haul ryddhau egni o 391 × 1021 kW yr eiliad. Hyd yn oed os mai dim ond un-2.2 biliwn ohono yw'r egni sy'n cael ei belydru i wyneb y ddaear, mae'n cyfateb i 80,000 gwaith y byd' s cynhyrchu pŵer. mae fy ngwlad yn wlad gymharol gyfoethog mewn ynni solar. Mae gan fwy na dwy ran o dair o'r wlad ymbelydredd solar blynyddol o fwy na 6 GJ · m2 ac oriau heulwen blynyddol o fwy na 2,200 h. Mae'r egni pelydrol solar blynyddol a dderbynnir gan y ddaear' s arwyneb yn fy ngwlad tua 50 × 1019 kJ, sy'n cyfateb i 170 biliwn o dunelli o lo safonol. Mae adnoddau ynni solar mor helaeth hefyd yn darparu amodau da ar gyfer datblygu a defnyddio cynhyrchu pŵer solar fy ngwlad' Daw gwres gwastraff diwydiannol yn bennaf o ddiwydiannau fel meteleg, deunyddiau adeiladu a chemegau. Dangosodd ystadegau yn 2010 fod adnoddau gwres gwastraff diwydiannol yn cyfrif am hyd at 67% o gyfanswm y gwres tanwydd, a chyrhaeddodd y gyfradd adfer 60% ohono. Fodd bynnag, mae cyfradd defnyddio gyffredinol adnoddau gwres gwastraff yn fy ngwlad yn isel, a chyfradd defnyddio gwres gwastraff mentrau haearn a dur mawr yw tua 30%. ~ 50%.

Mae yna lawer o le i wella yn y gyfradd defnyddio adnoddau gwres gwastraff diwydiannol yn fy ngwlad. Cymerwch y diwydiant metelegol fel enghraifft. Yn 2010, allbwn dur crai fy ngwlad oedd 627 miliwn o dunelli. Roedd yr egni a gynhwysir yn y nwy ffliw a gynhyrchwyd yn cyfateb i 30 miliwn o dunelli o lo safonol, ac roedd maint y slag dur a gynhyrchwyd oddeutu 280 miliwn o dunelli, ac roedd yr egni thermol a gynhwysir yn cyfateb i 10 miliwn o dunelli o lo safonol. . Ar hyn o bryd, mae cyfradd defnyddio gwres gwastraff nwy ffliw mewn mentrau haearn a dur domestig tua 30%, ac mae cyfradd defnyddio gwres gwastraff slag haearn a dur bron yn sero. Os gellir cynyddu cyfradd defnyddio gwres gwastraff nwy ffliw i 90% a gellir cynyddu cyfradd defnyddio gwres gwastraff slag dur i 60%, gellir arbed 21.6 miliwn o dunelli o lo safonol bob blwyddyn, gellir lleihau allyriadau CO2 o tua 50 miliwn gellir cynhyrchu tunnell, a 3.3 biliwn kWh o gynhyrchu pŵer.

Gellir gweld bod adfer gwres gwastraff yn un o alw mawr strategaeth ynni fy ngwlad' s, gyda buddion economaidd anfesuradwy, ac mae o arwyddocâd mawr i ddatblygiad economaidd fy ngwlad' s, cynnydd cymdeithasol. , a diogelwch ynni cenedlaethol. Fodd bynnag, p'un a yw'n ynni solar neu adnoddau gwres gwastraff diwydiannol, mae problemau ysbeidiol ac ansefydlogrwydd, sy'n rhwystro o ddifrif hyrwyddo a chymhwyso technolegau cysylltiedig.

Angen brys am dechnoleg storio gwres cudd tymheredd canolig ac uchel

Gall defnyddio technoleg storio gwres leddfu'r gwrthddywediad rhwng cyflenwad a galw ynni thermol o ran amser, dwyster a gofod, ac mae'n fodd pwysig ar gyfer gweithredu systemau ynni thermol i'r eithaf. Mae storio gwres yn cynnwys tair ffurf yn bennaf: storio gwres synhwyrol, storio gwres cudd a storio gwres adwaith cemegol.

Mae storio gwres adwaith cemegol yn dal i fod yn y cam ymchwil arbrofol oherwydd ei system gymhleth, anhawster technegol, a gweithredadwyedd gwael; er bod technoleg storio gwres synhwyrol wedi'i defnyddio'n helaeth, mae storio gwres yn cael ei achosi gan y dwysedd storio gwres isel fesul cyfaint uned o ddeunyddiau storio gwres Mae'r swm mawr o ddeunyddiau yn gwneud y system storio gwres gallu mawr yn swmpus, yn gymhleth yn y broses, ac yn gost uchel. .

Storio gwres hwyr yw defnyddio'r gwres cudd sy'n cael ei ryddhau neu ei amsugno gan broses newid cyfnod y deunydd storio gwres i storio a rhyddhau gwres. O'i gymharu â thechnoleg storio gwres synhwyrol, mae gan storio gwres cudd y fantais o ddwysedd storio gwres mawr fesul cyfaint uned, ac mae ganddo amsugno a rhyddhau egni mwy o fewn ystod tymheredd trosglwyddo'r cyfnod, ac mae'r ystod tymheredd storio a rhyddhau yn gul, sy'n fuddiol i wefru a rhyddhau Mae tymheredd y broses thermol yn sefydlog.

Er mwyn gwella effeithlonrwydd trosi ynni a lleihau costau, mae technoleg defnyddio thermol solar yn symud tuag at dymheredd gweithredu uwch. Mae tymheredd gweithredu cynhyrchu pŵer thermol wedi mynd yn uwch na 600 ° C, ac mae tymheredd llawer iawn o wres gwastraff diwydiannol hefyd yn uchel iawn (er enghraifft, mae tymheredd nwy ffliw y trawsnewidydd yn 1600 ° C. Tua).

Mae angen i'r rhain i gyd ymchwilio a datblygu technolegau storio gwres cudd tymheredd canolig ac uchel ar frys. Er bod llawer o ysgolheigion gartref a thramor wedi cynnal ymchwil o wahanol lefelau fel deunyddiau a phrosesau ers amser maith, hyd yn hyn, nid oes system storio gwres cudd tymheredd canolig ac uchel aeddfed sy'n gweithredu'n sefydlog.

Ar ôl blynyddoedd lawer o ymchwil manwl yn y maes hwn gan lawer o unedau ymchwil domestig a thramor, ynghyd â statws a thueddiadau cyfredol datblygu technoleg ddomestig a thramor, credir bod y dechnoleg storio gwres cudd tymheredd canolig ac uchel yn wynebu'r canlynol yn bennaf problemau sy'n weddill.

Yn gyntaf, mae diffyg deunyddiau storio gwres cudd tymheredd canolig ac uchel gydag eiddo cynhwysfawr fel dwysedd storio gwres uchel a dargludedd thermol cryf. Sylfaen technoleg storio gwres cudd yw deunyddiau newid cyfnod. Ar hyn o bryd, mae ymchwil ar ddeunyddiau storio gwres tymheredd isel (& lt; 100 ° C) yn seiliedig ar gwyr paraffin a halen hydradol wedi bod yn helaeth, ac mae hefyd wedi'i gymhwyso ym meysydd adeiladu a dillad. Fodd bynnag, mae deunyddiau storio gwres tymheredd canolig ac uchel, yn enwedig deunyddiau storio gwres newid tymheredd uchel gyda phwynt toddi> 600 ° C, yn dal i fod yn brin.

Yn ail, mae'r deunyddiau storio gwres newid tymheredd canolig ac uchel yn halwynau ac aloion anorganig yn bennaf. Ar y naill law, mae dewis deunyddiau ymgeisydd yn gofyn am ddealltwriaeth fanwl o thermodynameg a mecanweithiau cinetig proses trosglwyddo cyfnod y deunydd. Ar y llaw arall, mae angen datgelu dylanwad microstrwythur ar briodweddau thermol deunyddiau o ddwy agwedd: gwell trosglwyddo gwres a storio gwres yn effeithlon.

Yn ogystal, mae crynhoi deunyddiau newid cyfnod hylif-solid a dadfeiliad priodweddau thermol yn ystod y broses wasanaeth hefyd yn gynnwys anhepgor wrth ymchwilio i ddeunyddiau newid cyfnod tymheredd canolig ac uchel. Mae hon yn aml yn broblem dagfa wrth ymchwilio a datblygu deunyddiau o'r fath. Deunyddiau storio gwres perfformiad uchel i'w datblygu

Mae llawer o wyddonwyr gartref a thramor wedi astudio metelau fel deunyddiau storio gwres. Yn 1980, nododd Birchenall et al. mesur a dadansoddi priodweddau thermoffisegol aloion deuaidd a theiran a gyfansoddwyd o Al, Cu, Mg, Si a Zn, sy'n doreithiog ar y ddaear, a chanfuwyd bod tymheredd trosglwyddo'r cyfnod yn yr ystod o 780 ～ 850 K ac yn llawn Si. Neu aloion Al sydd â'r dwysedd storio gwres uchaf, ac yna mae deunyddiau storio gwres newid cyfnod aloi alwminiwm a silicon wedi'u hastudio'n helaeth.

Mae gan ddeunyddiau halen anorganig ystod eang o ffynonellau, gwerthoedd enthalpi newid cyfnod mawr, a phrisiau cymedrol, ac maent yn arbennig o addas i'w defnyddio wrth i ddeunyddiau storio gwres newid tymheredd canolig ac uchel. Astudiodd yr ymchwilwyr briodweddau thermoffisegol halen tawdd gyda thymheredd uwch na 450 ℃, ac estyn cymhwysiad halen ewtectig anorganig gydag ystod tymheredd o 220 ℃ i 290 ℃ i faes cynhyrchu pŵer thermol solar, a phasio profion fel gwahaniaethol. sganio calorimetreg. Dull, mesurwyd priodweddau thermoffisegol halen tawdd.

Yn ogystal, mae cyfradd newid cyfaint llawer o systemau halen tawdd cyn ac ar ôl y newid cyfnod yn fwy na 10%. Mae'r gyfradd newid cyfaint fwy yn cynyddu'r gwagleoedd yn y system deunydd newid cyfnod halen tawdd, yn effeithio ar y gyfradd storio / rhyddhau gwres, ac yn cynyddu'r storfa wres. Mae anhawster dylunio offer y system yn lleihau'r effeithlonrwydd storio gwres. Am y rheswm hwn, mae ymchwilwyr wedi astudio cydnawsedd deunyddiau storio gwres newid cyfnod halen tawdd â dur gwrthstaen, ac mae'r canlyniadau'n dangos bod dur gwrthstaen yn cael effaith gwrth-cyrydiad da ar y mwyafrif o halwynau tawdd.

Ar yr un pryd, mae perfformiad beicio deunyddiau newid cyfnod aloi alwminiwm teiran a chydnawsedd â chynwysyddion; cydnawsedd halwynau tawdd fflworid â duroedd aloi elfen fetel cobalt, nicel ac anhydrin; cydnawsedd lithiwm hydrocsid â deunyddiau aloi strwythurol Mewn agweddau eraill, mae gwyddonwyr hefyd wedi cynnal ymchwil.

Er bod rhai canlyniadau wedi'u cyflawni wrth ymchwilio i ddeunyddiau storio gwres newid tymheredd canolig ac uchel, mae cost deunyddiau newid cyfnod metel ac aloi yn uchel, ac mae'r dwysedd storio gwres fesul màs uned yn gyfyngedig. Yn ogystal, mae gweithgaredd cemegol deunyddiau newid cyfnod aloi metel yn gryfach ar ôl newid fesul cam. , Mae cyrydiad tymheredd uchel difrifol yn cyfyngu'n fawr ar ei gymhwysiad eang ym maes storio gwres tymheredd canolig ac uchel.

Fel deunydd storio gwres newid cyfnod, mae gan halen tawdd enthalpi newid cyfnod mawr, dwysedd storio gwres uchel, a phris cymedrol. Mae ganddo botensial datblygu mawr ym maes cymwysiadau storio gwres tymheredd canolig ac uchel. Fodd bynnag, mae gan halen tawdd ddargludedd thermol gwael ac mae ganddo broblemau cyrydiad tymheredd uchel difrifol gyda deunyddiau newid cyfnod aloi metel, sy'n dal i fod yn broblem sy'n cyfyngu ar ei ddefnydd ar raddfa.

Felly, mae datblygu deunyddiau storio gwres perfformiad uchel a'u dulliau paratoi yn duedd anochel wrth ymchwilio i ddeunyddiau storio gwres tymheredd canolig ac uchel ac yn ffordd anochel ar gyfer datblygu technoleg storio gwres.

Mae gwasgariad ynni'r haul, gwres gwastraff diwydiannol, rhychwant ynni mawr, a natur ysbeidiol ynni adnewyddadwy i gyd yn gofyn am dechnoleg storio gwres newid tymheredd canolig ac uchel.

Mae ymchwil technoleg storio gwres ar raddfa fawr yn cynnwys croestoriad gwyddoniaeth deunyddiau, peirianneg gemegol, peirianneg fecanyddol, trosglwyddo gwres a màs a llif amlhaenog.

Mae datblygu deunyddiau storio gwres newid cyfnod canolig a thymheredd uchel perfformiad uchel o arwyddocâd mawr i faes storio gwres tymheredd canolig ac uchel, yn enwedig cynhyrchu pŵer thermol solar, adfer gwres gwastraff diwydiannol a meysydd eraill.